編譯原理輸入文法

A. 編譯原理

編譯原理)：利用編譯程序從源語言編寫的源程序產生目標程序的過程； 用編譯程序產生目標程序的動作。 編譯就是把高級語言變成計算機可以識別的2進制語言，計算機只認識1和0，編譯程序把人們熟悉的語言換成2進制的。

編譯程序把一個源程序翻譯成目標程序的工作過程分為五個階段：詞法分析；語法分析；語義檢查和中間代碼生成

(1)編譯原理輸入文法擴展閱讀：

編譯程序的語法分析器以單詞符號作為輸入，分析單詞符號串是否形成符合語法規則的語法單位，如表達式、賦值、循環等，最後看是否構成一個符合要求的程序，按該語言使用的語法規則分析檢查每條語句是否有正確的邏輯結構，程序是最終的一個語法單位。

編譯程序的語法規則可用上下文無關文法來刻畫。語法分析的方法分為兩種：自上而下分析法和自下而上分析法。自上而下就是從文法的開始符號出發，向下推導，推出句子。

而自下而上分析法採用的是移進歸約法，基本思想是：用一個寄存符號的先進後出棧，把輸入符號一個一個地移進棧里，當棧頂形成某個產生式的一個候選式時，即把棧頂的這一部分歸約成該產生式的左鄰符號。

B. 編譯原理文法

編譯原理文法的概念為：每一種自然語言或者是編程語言都需要文法來描述，文法相當於語言學的語義分析，即分析每一句話所表示的含義，編譯器需要利用文法來完成其語法分析和語義分析。

字母表是元素的非空有窮集合，字母表中的元素稱之為符號，因此，字母表也稱之為符號集。例如C語言中的字母表由字母、數字、關鍵字等組成。

符號串，就是由符號集中的元素組成的序列。例如，給定符號集a、b、c，那麼abc、abb、ac就是由該符號集組成的符號串。一個文法中，含有一個，或多個產生式，產生式，描述了將終結符集合和非終結符集合組合成串的方法。

C. 編譯原理實驗報告

#include<stdio.h>
void main()
{

int m=0,n=0,n1=0,n2=0,n3=0,zg,fzg,flag;
int bz[7]=;/*狀態改變控制，1 表示可以改變狀態zt值，0 表示不可以*/
int zt[7]=;/*狀態值，2表示未定狀態，1表示 是，0表示 否*/

char temp[100]="\0";/*用於求first集*/
char z[7];/*非總結符*/
char z1[7];/*總結符*/
char z2[7]="\0";/*gs[]文法中出現的標記個數的輔助字元 01234*/
char gs[100]="\0";/*文法，按順序排成字元串*/

printf("請依次輸入非終結符(不超過7個):");
gets(z);
while(z[m]!='\0')

fzg=m;//zg是非終結符個數

while(n<m)
//生成01234輔助字元
printf("您輸入了:");
puts(z);
fflush(stdin);

printf("請依次輸入終結符(不超過7個):");
gets(z1);
while(z1[n1]!='\0')

zg=n1;
printf("您輸入了:");
puts(z1);
fflush(stdin);

printf("按照正確格式輸入所有文法(總長度不超過100格式如下):");
printf("如果文法為(字元'k'表示空):\n");
printf("S-->AB S-->bC A-->k A-->b\n");
printf("輸入:0SAB0SbC1Ak1Ab\n");
printf(" (注:數字01234表示第一二三四個非終結符)\n");

gets(gs);
fflush(stdin);
printf("您輸入了:");
puts(gs);
m=0;
//對於輸入文法字元串的轉換，將每個文法式左部去除
while(gs[m]!='\0')
{
n=m;
if(gs[m]>='0'&&gs[m]<='9')
{
m++;
while(gs[m]!='\0')
{
gs[m]=gs[m+1];
m++;
}
//gs[m-1]='\0';
}
m=++n;
}

m=0;

//puts(gs);

/*情況一，直接判定是 形如: (A-->k) */
while(gs[m]!='\0')
{
if(gs[m]=='k')
{
zt[gs[m-1]-48]=1;
bz[gs[m-1]-48]=0;
}
m++;
}

/*情況二，直接判定--否 形如: (D-->aS ,D-->c) */
for(n=0;n<fzg;n++)
{
if(bz[n]==1)
{
m=0;
n2=0;
while(gs[m]!='\0')
{
if(z2[n]==gs[m])
{
if(gs[m+1]>=z1[0]&&gs[m+1]<=z1[n1-1])
zt[n]=0;
else //gs[m+1] 是非終結符n2做標記
}
//跳出循環，無法解決該情況，推到下面情況三
m++;
}
if(n2!=99) //完成所有掃描，未出現非終結符，得出結論zt[n]=0.bz[n]=0不允許再改變zt[n]
}
}

/*情況三，最終判定*/
do
{
flag=0;
for(n=0;n<fzg;n++)
{
if(bz[n]==1) //未得到判定
{ m=0;
while(gs[m]!='\0')
{
if(gs[m]==z2[n]) //判定gs[m]是輔助字元0123
{
m++;
while(gs[m]>='A'&&gs[m]<='Z')
{

n1=0;
for(n2=0;n2<fzg;n2++) //循環查找是gs[m]哪個非終結符
{
if(gs[m]==z[n2])
{
if(zt[n2]==1) //這個非終結符能推出空
zt[n]=1;
else if(bz[n2]==1) //這個非終結符 現在 不能推出空，但它的狀態可改即它最終結果還未判定

else
//設 m1 做標記供下一if參考
break; //找到gs[m]是哪個非終結符,for循環完成任務，可以結束
}

}
if(n1==99) break;
m++;
}
}
m++;
}
if(zt[n]==1) bz[n]=0;
if(bz[n]==0) flag=1;//對應for下的第一個if（zt[n]==2）
}

}
}while(flag);

printf("結果是:\n");

for(m=0;m<5;m++)
{
switch(zt[m])
{
case 0:printf("%c---否\n",z[m]);break;
case 1:printf("%c---是\n",z[m]);break;
case 2:printf("%c---未定\n",z[m]);break;
}

}
/*
puts(gs);
puts(zt);
puts(z);
puts(z1);
puts(z2);
printf("%d,,,%d",fzg,zg);
*/

//下面求first集
//下面求first集

for(n=0;n<fzg;n++)

m=0;n=0;n1=0;n2=0;
while(gs[n]>='0'&&gs[n]<='9')
{
for(;m<fzg;m++)
{
if(n2!=m)
n1=0; //m=n2用於第二次以後的for循環中還原上次m的值

if(gs[n]==z2[m])
{
while(gs[n+1]>'9')
{
if(n1==0)
//如果是第一個直接保存

//不是第一個，先與字元數組中其它字元比較，沒相同的才保存
else if(gs[n]>='a'&&gs[n]<='z'&&gs[n+1]>='A'&&gs[n+1]<='Z') //gs[n]是終結符 且 gs[n+1]是非終結符
;//什麼也不做，程序繼續n++，掃描下一個gs[n]

else
{
for(n3=0;n3<=n1;n3++)
{
if(temp[m*13+n3]==gs[n+1])
break;
}

if(n3>n1) //for循環結束是因為n3而不是break

}
n++;
}
break; //break位於if(gs[n]==z2[m]),對於gs[n]已找到z2[m]完成任務跳出for循環
}
}
n2=m; //存放該for循環中m的值
n++;
}
//進一步處理集除去非終結符
m=0;n=0;n1=0;n2=0;
for(m=0;m<fzg;m++)
{
if(flag!=m)
n1=0; //m=flag用於第二次以後的for循環中還原上次m的值

while(temp[m*13+n1]!='\0')
{
while(temp[m*13+n1]>='A'&&temp[m*13+n1]<='Z') //搜索非終結符
{
for(n=0;n<fzg;n++) //確定是哪個非終結符
{if(temp[m*13+n1]==z[n])
break;
}
while(temp[m*13+n1]!='\0') //從temp[n*13+n1]開始每個字元依次往前移動一

n1--;
while(temp[n*13+n2]!='\0') //把z[n]對應的first加入temp[m*13+n1]這個first中，每個字元依次加在最後
{
for(n3=0;n3<n1;n3++) //循環判定是否有相同的字元
{
if(temp[m*13+n3]==temp[n*13+n2])
break;
}
if(temp[n*13+n2]=='k'&&zt[m]==0) //那些不能推出 空，但是因為要加入 其他非終結符的first集 而可能含有 空
n2++;
else if(n3>=n1) //for循環結束是因為n3而不是break ,即無相同字元

else n2++;
}

n1=0;
n2=0;
}

n1++;
}
flag=m; //存放該for循環中m的值
}

//非終結符的first集輸出
m=0;n1=0;
for(m=0;m<fzg;m++)
{
n1=0;
printf("非終結符 %c 的first集是: ",z[m]);
while(temp[m*13+n1]!='\0')
{
printf("%c",temp[m*13+n1]);
n1++;
}
printf("\n");
}

}

D. 編譯原理中如何用c語言來編寫程序判斷輸入的字元串是否符合文法規則

scanf()有返回值，若返回值是0，則不正握符合文法規則
一般情況下，scanf()返回值是扮頃輸廳清陸入的字元數

E. 編譯原理 文法類型

    0型文法(Type-0 Grammar)

    1型文法(Type-1 Grammar)

    2型文法(Type-2 Grammar)

    3型文法(Type-3 Grammar)

無限制文法(Unrestricted Grammar) /短語結構文法(Phrase Structure Grammar, PSG )

∀α → β∈P， α中至少包含1個非終結符

0型語言

由0型文法G生成的語言L(G )

上下文有關文法(Context-Sensitive Grammar , CSG )

∀α → β∈P，｜α｜≤｜β｜

產生式的一般形式： α1Aα2 → α1βα2 ( β≠ε )

上下文有關語言（1型語言）

由上下文有關文法(1型文法) G生成的語言L(G )

上下文無關文法(Context-Free Grammar, CFG )

∀α → β∈P，α ∈ VN

產生式的一般形式：A→β

上下文無關語言（2型語言）

由上下文無關文法(2型文法) G生成的語言L(G )

正則文法(Regular Grammar, RG )

右線性(Right Linear)文法： A→wB 或 A→w

左線性(Left Linear) 文法： A→Bw 或 A→w

左線性文法和右線性文法都稱為正則文法

0型文法：α中至少包含1個非終結符

1型文法（CSG） ：｜α｜≤｜β｜

2型文法（CFG） ：α ∈ VN

3型文法（RG）：A→wB 或 A→w (A→Bw 或A→w)

0型文法包含1型文法，1型文法包含2型文法，2型文法包含3型文法

F. 編譯原理：FIRST(A) 集合與FOLLOW(A)集合

1.設計一個演示窗口，包括幾本的操作按鈕和顯示窗口； 2.設計first集合和follow集合生成演算法 3.輸入文法，按要求顯示first集合和follow集合

G. 編譯原理-LL1文法詳細講解

我們知道2型文法( CFG )，它的每個產生式類型都是 α→β ,其中 α ∈ VN , β ∈ (VN∪VT)*。

例如, 一個表達式的文法:

最終推導出 id + (id + id) 的句子，那麼它的推導過程就會構成一顆樹，即 CFG 分析樹：

從分析樹可以看出，我們從文法開始符號起，不斷地利用產生式的右部替換產生式左部的非終結符，最終推導出我們想要的句子。這種方式我們稱為自頂向下分析法。

從文法開始符號起，不斷用非終結符的候選式(即產生式)替換當前句型中的非終結符，最終得到相應的句子。
在每一步推導過程中，我們需要做兩個選擇:

因為一個句型中，可能存在多個非終結符，我們就不確定選擇那一個非終結符進行替換。
對於這種情況，我們就需要做強制規定，每次都選擇句型中第一個非終結符進行替換(或者每次都選擇句型中最後一個非終結符進行替換)。

自頂向下的語法分析採用最左推導方式，即總是選擇每個句型的最左非終結符進行替換。

最終的結果是要推導出一個特定句子(例如 id + (id + id) )。
我們將特定句子看成一個輸入字元串，而每一個非終結符對應一個處理方法，這個處理方法用來匹配輸入字元串的部分，演算法如下:

方法解析:

這種方式稱為遞歸下降分析( Recursive-Descent Parsing )：

當選擇的候選式不正確，就需要回溯( backtracking )，重新選擇候選式，進行下一次嘗試匹配。因為要不斷的回溯，導致分析效率比較低。

這種方式叫做預測分析( Predictive Parsing )：

要實現預測分析，我們必須保證從文法開始符號起，每一個推導過程中，當前句型最左非終結符 A 對於當前輸入字元 a ,只能得到唯一的 A 候選式。

根據上面的解決方法，我們首先想到，如果非終結符 A 的候選式只有一個以終結符 a 開頭候選式不就行了么。
進而我們可以得出，如果一個非終結符 A ，它的候選式都是以終結符開頭，並且這些終結符都各不相同，那麼本身就符合預測分析了。

這就是S_文法，滿足下面兩個條件:

例子:

這就是一個典型的S_文法，它的每一個非終結符遇到任一終結符得到候選式是確定的。如 S -> aA | bAB , 只有遇到終結符 a 和 b 的時候，才能返回 S 的候選式，遇到其他終結符時，直接報錯，匹配不成功。

雖然S_文法可以實現預測分析，但是從它的定義上看，S_文法不支持空產生式(ε產生式)，極大地限制了它的應用。

什麼是空產生式(ε產生式)？

例子

這里 A 有了空產生式，那麼 S 的產生式組 S -> aA | bAB ，就可以是 a | bB ,這樣 a , bb , bc 就變成這個文法 G 的新句子了。

根據預測分析的定義，非終結符對於任一終結符得到的產生式是確定的，要麼能獲取唯一的產生式，要麼不匹配直接報錯。

那麼空產生式何時被選擇呢？

由此可以引入非終結符 A 的後繼符號集的概念:
定義: 由文法 G 推導出來的所有句型，可以出現在非終結符 A 後邊的終結符 a 的集合，就是這個非終結符 A 的後繼符號集，記為 FOLLOW(A) 。

因此對於 A -> ε 空產生式，只要遇到非終結符 A 的後繼符號集中的字元，可以選擇這個空產生式。
那麼對於 A -> a 這樣的產生式，只要遇到終結符 a 就可以選擇了。

由此我們引入的產生式可選集概念:
定義: 在進行推導時，選用非終結符 A 一個產生式 A→β 對應的輸入符號的集合，記為 SELECT(A→β)

因為預測分析要求非終結符 A 對於輸入字元 a ,只能得到唯一的 A 候選式。
那麼對於一個文法 G 的所有產生式組，要求有相同左部的產生式，它們的可選集不相交。

在 S_文法基礎上，我們允許有空產生式，但是要做限制:

將上面例子中的文法改造:

但是q_文法的產生式不能是非終結符打頭，這就限制了其應用，因此引入LL(1)文法。

LL(1)文法允許產生式的右部首字元是非終結符，那麼怎麼得到這個產生式可選集。
我們知道對於產生式:

定義: 給定一個文法符號串 α ， α 的 串首終結符集 FIRST(α) 被定義為可以從 α 推導出的所有串首終結符構成的集合。

定義已經了解清楚了，那麼該如何求呢？
例如一個文法符號串 BCDe , 其中 B C D 都是非終結符， e 是終結符。

因此對於一個文法符號串 X1X2 … Xn ，求解 串首終結符集 FIRST(X1X2 … Xn) 演算法:

但是這里有一個關鍵點，如何求非終結符的串首終結符集？

因此對於一個非終結符 A , 求解 串首終結符集 FIRST(A) 演算法:

這里大家可能有個疑惑，怎麼能將 FIRST(Bβ) 添加到 FIRST(A) 中，如果問文法符號串 Bβ 中包含非終結符 A ，就產生了循環調用的情況，該怎麼辦?

對於 串首終結符集 ，我想大家疑惑的點就是，串首終結符集到底是針對 文法符號串 的，還是針對 非終結符 的，這個容易弄混。
其實我們應該知道， 非終結符 本身就屬於一個特殊的 文法符號串 。
而求解 文法符號串 的串首終結符集，其實就是要知道文法符號串中每個字元的串首終結符集:

上面章節我們知道了，對於非終結符 A 的 後繼符號集 :
就是由文法 G 推導出來的所有句型，可以出現在非終結符 A 後邊的終結符的集合，記為 FOLLOW(A) 。

仔細想一下，什麼樣的終結符可以出現在非終結符 A 後面，應該是在產生式中就位於 A 後面的終結符。例如 S -> Aa ，那麼終結符 a 肯定屬於 FOLLOW(A) 。

因此求非終結符 A 的 後繼符號集 演算法：

如果非終結符 A 是產生式結尾，那麼說明這個產生式左部非終結符後面能出現的終結符，也都可以出現在非終結符 A 後面。

我們可以求出 LL(1) 文法中每個產生式可選集:

根據產生式可選集，我們可以構建一個預測分析表，表中的每一行都是一個非終結符，表中的每一列都是一個終結符，包括結束符號 $ ，而表中的值就是產生式。
這樣進行語法推導的時候，非終結符遇到當前輸入字元，就可以從預測分析表中獲取對應的產生式了。

有了預測分析表，我們就可以進行預測分析了，具體流程:

可以這么理解：

我們知道要實現預測分析，要求相同左部的產生式，它們的可選集是不相交。
但是有的文法結構不符合這個要求，要進行改造。

如果相同左部的多個產生式有共同前綴，那麼它們的可選集必然相交。
例如:

那麼如何進行改造呢？
其實很簡單，進行如下轉換:

如此文法的相同左部的產生式，它們的可選集是不相交，符合現預測分析。

這種改造方法稱為 提取公因子演算法 。

當我們自頂向下的語法分析時，就需要採用最左推導方式。
而這個時候，如果產生式左部和產生式右部首字元一樣(即A→Aα)，那麼推導就可能陷入無限循環。
例如:

因此對於:

文法中不能包含這兩種形式，不然最左推導就沒辦法進行。

例如:

它能夠推導出如下:

你會驚奇的發現，它能推導出 b 和 (a)* (即由 0 個 a 或者無數個 a 生成的文法符號串)。其實就可以改造成:

因此消除 直接左遞歸 演算法的一般形式：

例如:

消除間接左遞歸的方法就是直接帶入消除，即

消除間接左遞歸演算法：

這個演算法看起來描述很多，其實理解起來很簡單：

思考 : 我們通過 Ai -> Ajβ 來判斷是不是間接左遞歸，那如果有產生式 Ai -> BAjβ 且 B -> ε ,那麼它是不是間接左遞歸呢？
間接地我們可以推出如果一個產生式 Ai -> αAjβ 且 FIRST(α) 包括空串ε，那麼這個產生式是不是間接左遞歸。

H. 編譯原理中的詞法分析器的輸入與輸出是什麼

編譯原理中的詞法分析器的輸入是源程序，輸出是識別的記號流。

詞法分析器編制一個讀單詞的程序，從輸入的源程序中，識別出各個具有獨立意義的單詞，即基本保留字、標識符、常數、運算符和分隔符五大類。並依次輸出各個單詞的內部編碼及單詞符號自身值。（遇到錯誤時可顯示「Error」，然後跳過錯誤部分繼續顯示）。

(8)編譯原理輸入文法擴展閱讀

詞法分析器的作用：

1、與符號表進行交互，存儲和讀取符號表中的標識符的信息。

2、讀入源程序的輸入字元，將他們組成詞素，生成並輸出一個詞法單元序列，每個詞法單元序列對應一個於一個詞素。

3、過濾掉程序中的注釋和空白。

4、將編譯器生成的錯誤消息與源程序的位置聯系起。

I. 【編譯原理】第四章：語法分析

從分析樹的根節點到葉節點方向構造分析樹。
即從開始符號S推導出詞串w的過程。

例：

總是選擇每個句型的 最左非終結符 進行替換。

總是選擇每個句型的 最右非終結符 進行替換。

在自底向上的分析中，總是採用 最左規約 的方式，因此把 最左規約 稱為 規范規約 ，對應的 最右推導 稱為 規范推導 。

最左推導、最右推導具有唯一性。

自頂向下的語法分析採用最左推導方試，總是選擇每個句型的 最左非終結符 進行替換。

由一組 過程 組成，每一個過程對應一個 非終結符 。
從文法開始符號S開始，遞歸調用文法中的其他非終結符，最終掃描整個輸入串，完成分析。

如果其間有不唯一的產生式，就可能需要退回上一步重新嘗試的情況，稱為 回溯 。

預測分析 是 遞歸下降分析 技術的一個特例，通過輸入中向前看固定個數的符號選擇正確的產生式。
如果一個文法可以構造出向前看k個符號的預測分析器，稱為LL(k)文法 。

預測分析不需要回溯，具有確定性。

含有 形式產生式的文法稱為是 直接左遞歸 的。
如果一個文法中有一個非終結符A使得對某個串存在推導 ，那麼這個文法是 左遞歸 的。其中，經過兩步或以上推導產生的左遞歸，稱為 間接左遞歸 的。
左遞歸會使遞歸下降分析器陷入無限循環。

文法
即
該文法是直接左遞歸的，會陷入無限循環。

將以上文法轉換為：


即可消除左遞歸。事實上，這個過程把左遞歸轉換成了右遞歸。

消除直接左遞歸的一般形式

使用代入法。

對於一個文法，通過改寫產生式來 推遲決定 ，等獲得足夠多的輸入信息再做正確的決定。

例：文法：

可以改寫為：

從文法的開始符號S開始，每一步推導根據當前句型的最左非終結符A和當前輸入符號α，選擇正確的A-產生式。為保證分析的確定性，選出的候選式必須是唯一的。

S_文法（簡單的確定型文法）

可能在某個舉行中緊跟在A後面的終結符a的集合，記為 FOLLOW(A) 。
如果A是某個句型的最右符號，則將結束符「 $ 」添加到FOLLOW(A)中。

例：文法：






中，FOLLOW(B) = {a, c}

產生式 的可選集是指可以選用該產生式進行推導時對應的輸入符號的集合，記為 SELECT(A->β) 。
例如
SELECT(A -> aβ)={a}
SELECT(A -> aβ | bγ)={a, b}
SELECT(A -> ε)=FOLLOW(A)

q_文法

文法符號串α串首終結符的集合，記作 FIRST(A) 。

J. 編譯原理 LR0文法的判定

設G1、G2是兩個文法，若L(G1)=L(G2)
，則稱G1與G2等價，記作G1≡G2。
即：文法的等價性是指他們所定義的語言是一樣的。
文法的化簡是指消除如下無用產生式：
⒈
刪除
A->A
形式數橡的產生式(自定己)；
⒉
刪除不能從其推導出終結符串的產生式(不終結差旦)；
⒊
刪除在推導中永不使用的產生式(不可用虛畢擾)。